CC BY
22
http://dx.doi.org/10.30686/1609-9192-2019-2-144-74-76
Загрязнение рудничной атмосферы выхлопными газами самоходного оборудования и мероприятия по ее нормализации
А.Г. Чеботарёв, д-р. мед. наук, ведущ. науч. сотр., ФГБНУ «НИИ медицины труда имени академика Н.Ф. Измерова» г. Москва, И.Ю. Гибадулина, канд. мед. наук, зав. клинико-экспертной работой клиники ФГБУ «НИИ медицины труда имени академика Н.Ф. Измерова»,
Н.С. Горячев, канд. биол. наук, ст. науч. сотр., ФГБУ «НИИ медицины труда имени академика Н.Ф. Измерова»_
Использование при подземном способе добычи полезных ископаемых комплексов самоходного оборудования с дизельным силовым агрегатом (на горнопроходческих, очистных и вспомогательных работах) приводит к загрязнению рудничной атмосферы вредными веществами, выбрасываемыми с отработанными газами. При этом 95-99% вредных выбросов дизельных двигателей (ДД) приходится на газы, представляющие собой пылегазовый аэрозоль сложного состава, зависящего от режима работы двигателя, состава топлива, способа его сго-ра-ния, мощности привода.
Об особенностях эксплуатации в подземных условиях оборудования с ДД и загрязнении рудничной атмосферы выхлопными газами имеются работы, рассматривающие гигиеническую оценку воздуха рабочих зон машинистов самоходных машин на предприятиях Норильска, Кавказа, Европейского Севера и др. [1, 2, 3]. В исследованиях показано, что рудничная атмосфера загрязняется пылью и компонентами выхлопных газов. Например, в подземных рудниках Заполярья запыленность воздушной среды при погру-зочно-разгрузочных работах была в 4,1 раза выше ПДК, содержание оксидов азота в 2,0-7,2 раза и оксида углерода в 1,9-2,5 раза. Высокие концентрации оксидов азота отмечались и в условиях высокомеханизированных шахт Крайнего Севера, разрабатывающих россыпные месторождения.
Вместе с тем в ряде работ было показано, что при должном обслуживании и оптимальной эксплуатации машины с дизельными двигателями в определенных условиях могут использоваться безопасно и с существующей экономической выгодой по сравнению с машинами на электроприводе. Машины с ДД, как правило, более гибки в работе, чем с электроприводами. В то же время, по мнению Thomas L.K. с соавторами [4], применение оборудования с дизельными двигателями экономически оправдано до тех пор, пока выхлопные газы не оказывают вредного влияния на здоровье шахтеров.
С гигиенической точки зрения, особую значимость имеют оксиды азота, оксид углерода, альдегиды, углеводороды, сажа, поскольку общий объем их выделения весьма велик. В выхлопе дизельных двигателей в общем объеме токсического выброса содержится до 60% оксидов азота, из которых 90% приходится на долю NO.
Формирование загрязнений воздуха рабочих зон основного и вспомогательного персонала шахт, использующих самоходное оборудование, было тщательно изучено при выполнении проходческих и очистных работ. Особенности загрязнений воздушной среды были оценены на ряде рудников при последовательном выполнении технологических операций с возможным использованием разных машин с ДД.
С этой целью были выполнены хронометражные наблюдения (в динамике рабочей смены) по состоянию загрязнений рудничной атмосферы при введении отдельных операций в проходческих и очистных забоях.
Как показали эти исследования, загрязнение рудничной атмосферы выхлопными газами в проходческих забоях (в течение смены) происходит не постоянно. Наиболее интенсивный выброс выхлопных газов наблюдается при работе погрузоч-но-доставочных машин с ДД по очистке забоя от взорванных пород. Уровни загрязнений ДФРА (дисперсная фаза рудничного аэрозоля (пыль + сажа), оксиды азота, акролеин) в течение смены, как следует из данных рис. 1, колебались в широких пределах. Наиболее высокие концентрации газов, как правило, имели место при погрузке породы машинами в автосамосвалы с ДД. Неудовлетворительные условия проветривания проходческих забоев (скорость движения воздуха 0,10,6 м/с) приводили к тому, что концентрации оксидов азота длительное время оставались повышенными - даже спустя 1,5-2 ч после окончания выемочно-погрузочных работ в забоях. В последующих операциях по подготовке к бурению и в ходе бурения шпуров очередного цикла БВР содержание газов постепенно снижается, но все же в 3-4 раза превышает ПДК.
Как видно из рис. 1, в воздухе рабочей зоны концентрации рудничного аэрозоля наиболее выражены при бурении шпуров, а при отгрузке отбитой руды его содержание существенно ниже. Максимальное содержание компонентов выхлопных газов в атмосфере забоя приходится на период отгрузки и транспортировки взорванной горной массы.
В проходческом забое при выполнении очистных работ, занимающих 35-50 мин., в рудничную атмосферу интенсивно поступают компоненты выхлопных газов, сохраняясь в ней в течение длительного времени. Даже спустя 90-120 мин. после завершения погрузочно-транспортных работ в забое концентрации оксидов азота на рабочих местах проходчика превышали ПДК.
Таким образом, в связи с плохим проветриванием тупиковых (проходческих) забоев работники, выполняющие другие операции проходческого цикла (бурение, крепление выработок, наращивание осветительной и вентиляционной систем), подвергаются воздействию сформировавшегося комплекса неблагоприятных производственных факторов. И в первую очередь компонентов выхлопа ДД, несмотря на то, что выполняемые ими производственные операции в это время не связаны с использованием машин с ДД.
Характер и динамика графиков изменения концентраций вредных веществ, характеризующих обобщенные данные по ряду обследованных проходческих забоев, в общих чертах совпадают, что свидетельствует о наличии некоторой законо-
0,5 т 5
-0,4
"0,2
&0,1
§4
Погрузка и транспортировка горной массы с забоя ПДМ
Бурение
120
180
240 мин
Рис. 1
Загрязнение воздуха рабочей зоны проходчика рудничным аэрозолем (1), акролеином (2) и оксидами азота (3)
8 60
™ 50 од
а
55
í V-
11
11»
1200
12»
Пыпевыделение при бурении П Концентрация окислов азота
1300 1330 1400
Пылевыделение при погрузке
мерности, особенно для нисходящих отрезков кривых, отражающих снижение концентраций рудничного аэрозоля, оксидов азота в проходческих забоях. В целом они полностью зависят от качества системы вентиляции, интенсивности поступления загрязнений и количества работающих машин.
Выявленная динамика загрязнения рудничной атмосферы в проходческих забоях позволяет прогнозировать ее состояние в зависимости от параметров вентиляции призабой-ной зоны проводимой выработки.
Постоянными источниками выделения выхлопных газов в рудничную атмосферу при очистных работах служат по-грузочно-транспортные машины и автосамосвалы. Остальные машины с ДД могут быть источниками выделения выхлопных газов только периодически.
На рис. 2 представлена динамика загрязнений воздуха в очистном забое при одновременной работе в камерах буровой установки СБУ-2К, погрузчика «Катерпиллер» и автосамосвалов МОАЗ. Как следует из рис. 2, концентрации рудничного аэрозоля и оксидов азота колебались в широких пределах. Содержание оксидов азота после 2-3 ч работы самоходных машин увеличивалось в 3-4 раза, особенно, когда в забое одновременно работали три автосамосвала.
На других исследованных высокомеханизированных шахтах очистные работы выполняются с использованием оборудования как с дизельным, так и с электрическим или пневматическим приводами. Образующиеся выхлопные газы дизельных двигателей распространяются по всем шахтным выработкам и загрязняют рабочие места, в том числе и не связанные с обслуживанием машин с ДД. Наиболее высокие концентрации оксидов азота, как и следовало ожидать, наблюдались в забоях при погрузке горной массы, при движении ПДМ и автосамосвалов по уклонам и подъемам. Газы распространяются по ходу движения вентиляционной струи, загрязняя воздух рабочих зон, где трудятся и специалисты, не связанные с управлением и техническим обслуживанием самоходной техники (рабочие места скрепериста, слесаря и др.).
При выполнении погрузочно-транспортных работ содержание пыли и оксидов азота увеличивается прямо пропорционально продолжительности работы соответствующих машин в забое. Этому способствует неэффективное проветривание, отмеченное в большинстве выработок.
На ряде рудников ПДМ часто используются только для загрузки автосамосвалов взорванной горной массой, с по-
Рис. 2 Уровни загрязнений воздуха рабочих зон в очистных забоях, где эксплуатируется самоходная техника
следующей ее транспортировкой к рудоспуску или на дневную поверхность. Выявление динамики распределения газов по транспортным путям стало важным звеном в проведенных исследованиях, так как транспортные пути служат рабочими местами для машинистов погрузочно-доставочных машин и автосамосвалов, а также для лиц (учетчицы, слесари, электрики и др.), не связанных с обслуживанием самоходных машин.
Нестабильность содержания выхлопных газов на транспортных путях - основная отличительная черта транспортного рабочего процесса, предопределяемая эффективностью шахтной вентиляции и наличием на пути движения машин участков с различной интенсивностью проветривания.
Особая выраженность динамики загрязнений воздушной среды зарегистрирована в зоне устьев рудоспусков и на погрузочных пунктах. В периоды ожидания разгрузки автосамосвалов и ПДМ в зоне рудоспусков в шахтной атмосфере наблюдается резкий, пиковый скачок концентраций вредных веществ. Так, уровень содержания оксидов азота может превосходить допустимую величину в 5-10 раз. В то же время при более четкой организации работы машин и строгом соблюдении интервалов их подачи к рудоспуску содержание оксидов азота снижается и относительно стабилизируется, находясь в пределах 0,6-4,2 мг/м3. Поэтому при эксплуатации парка самоходных машин с ДД для изучения динамики содержания газов на рабочих местах и в стационарных пунктах транспортных выработок, необходима организация отбора проб воздуха с интервалом 10-15 мин. в течение смены, или за период 70-75% времени от продолжительности технологического процесса.
Таким образом, изменение характера технологических процессов подземной добычи руд, обусловленное использованием высокопроизводительных комплексов горного оборудования, постоянная или периодическая работа самоходных машин, их мобильность - кардинально предопределяют быструю сменяемость гигиенической ситуации на отдельных рабочих местах и, следовательно, интенсивность уровней загрязнений воздушной среды.
Наши исследования и наблюдения показали: внедрение высокопроизводительного самоходного и мобильного оборудования и, в первую очередь, машин с дизельными двигателями, на рудниках с мощной залежью полезного ископаемого не только интенсифицирует горные работы и позволяет механизировать многие трудоемкие операции, но и приводит к загрязнению атмосферы (в очистных и проходческих выработках) многокомпонентной пылегазовой сме-
40
70
30
6
12
10
40
2 8
20
30
0,3
3
° 20
та 10
14
2
Б
0
60
сью из минеральной пыли, твердых и газообразных продуктов выхлопа, концентрации которых часто бывают повышенными.
Установлено, что среди компонентов выхлопа ДД в воздухе рабочих зон наиболее высокие концентрации имели оксиды азота (их максимальные значения превышали ПДК в 4,5-10 раз). Усредненные концентрации акролеина и формальдегида были в пределах ПДК и лишь максимальные значения в 1,2-3,5 раза превышали их уровни. Содержание окиси углерода колебалось от 6,7 до 125 мг/м3, при средних значениях, близких к ПДК [2].
Наибольшее гигиеническое значение для высокомеханизированных шахт имеет 3,4-бензпирен, которым интенсивно загрязняется рудничная атмосфера во время работы самоходного дизельного оборудования, а также за счет вторичного поступления его с поверхности стен и кровли выработок, а также - оборудования. На рабочих местах водителей ПДМ и автосамосвалов его содержание превышало ПДК до 8-10 раз [5]. Поступающий в воздушные потоки 3,4-бензпирен загрязняет воздух рабочих зон всего персонала шахт. Полученные результаты позволили обосновать необходимость разработки специальных средств периодического покрытия поверхностей выработок, обеспечивающих снижение десорбции ПАУ, а также обязательность регулярной уборки вспомогательных помещений и оборудования наряду с введением перио-дического контроля содержания 3,4-бензпирена в воздухе рабочих зон.
Сегодня уже становится практически очевидным, что применение в подземных условиях самоходного оборудования с силовыми агрегатами на основе ДД приводит к форми-ро-ванию в рудничной атмосфере неблагоприятного пыле-газового комплекса, который определяет, а в некоторых случаях повышает риск развития у шахтеров профессиональных заболеваний органов дыхания. При медицинских осмотрах горнорабочих высокомеханизированных рудников, обслуживающих длительное время самоходное оборудование и подвергающихся воздействию пылегазовых смесей, регистрировался профессиональный бронхит с частотой от 5,5 до 15,4 случая на 100 осмотренных. У машинистов ПДМ этот вид патологии составлял 22,1 случая на 100 осмотренных. Явления бронхита часто сопровождались изменениями показателей функции внешнего дыхания (ФВД). У осмотренных рабочих наблюдалась высокая частота заболеваний ЛОР-органов, которые подвергались воздействию не только минеральной пыли, но и компонентов выхлопных газов.
Результаты клинических и морфологических исследований шахтеров, имевших практически «чистый» стаж работы в условиях воздействия многокомпонентной пылегазовой смеси, показали, что заболевание у них сопровождалось существенными нарушениями дыхательной функции [6], снижением отдельных показателей ФВД и наблюдалось проявление астматического компонента [7].
Особенность развития профессиональных заболеваний легких у подземных горнорабочих, подвергающихся воздействию пылегазовой смеси, - в токсико-пылевом поражении их бронхов. Бронхолегочная патология развивается при сравнительно малом стаже работы (5-8 лет) и характеризуется преимущественно астматическим вариантом течения и хроническим обструктивным типом нарушения дыхательной функции [8].
Для уменьшения уровня загрязненности рудничной атмосферы, профилактики развивающихся заболеваний легких у горнорабочих, обслуживающих самоходное оборудование с ДД, и снижения профессиональных рисков наруше-
ния их здоровья необходимо применять следующий комплекс мер:
- Эксплуатацию в подземных условиях машин, оснащенных силовыми агрегатами на базе двигателей внутреннего сгорания (ДВС), необходимо выполнять в строгом соответствии с требованиями действующих нормативно-методических документов. При выполнении подземных горных работ допускается использование лишь машин и механизмов, оснащаемых приводом на базе дизельного двигателя (ДД);
- Используемые в подземных условиях машины с ДВС должны быть оборудованы двух-ступенчатой системой очистки выхлопных газов (каталитической и жидкостной). В подземных выработках необходимо организовать пункты по заправке жидкостных нейтрализаторов и восстановлению активности каталитических нейтрализаторов. Применять на предприятиях машины с ДВС, не оснащенными средствами снижения токсичности выхлопных газов,
- не допускается. Системы очистки выхлопных газов должны обеспечивать ПДК содержания вредных веществ в воздухе рабочих мест;
- Машины с ДД должны работать на высококачественном топливе со стабильными физическими, химическими и токсикологическими характеристиками, своевременно проходить техническое обслуживание;
- На рабочих местах предприятий по подземной и открытой добыче полезных ископаемых контроль воздушной среды в кабине машин следует осуществлять с учетом качества используемого топлива и выполнять в транспортном и технологическом режимах;
- С учетом сложного многокомпонентного состава токсических веществ выхлопа ДВС для отбора и обработки проб воздуха в специфических условиях горных выработок следует использовать высокоинформативные методы контроля и анализа вредных веществ;
- Схемы вентиляции шахтных выработок, где работает самоходное оборудование с ДВС, должны исключать встречное движение груженых машин и воздушных потоков, поступающих для проветривания забоев. Расчет потребного объема воздуха для проветривания выработок следует производить с учетом динамики и числа работающих машин на конкретном участке. Минимальный объем свежего воздуха, подаваемого к месту работы таких машин, следует определять исходя из максимальной мощности двигателя и фактической концентрации вредных веществ в его выхлопе;
- Рабочих с выявленными изменениями бронхолегочного аппарата следует выделять в группу риска, им показано проведение ежегодных профилактических мероприятий в санатории легочного профиля, санатории-профилактории в соответствии с действующими методическими рекомендациями.
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ИСТОЧНИКИ:_
1. Ворисенкова Р.В., Ильницкая А.В. Вопросы гигиены труда при использовании дизельных машин в горной промышленности // Гигиена труда и профзаболевания. -1983. - №11. - С. 28-31.
2. Чеботарев А.Г. Профилактика профессиональных заболеваний органов дыхания при интенсивных методах ведения работ на рудных и россыпных шахтах // Автореферат дисс.... д-ра мед. наук. -М.: -1990. - 42 с.
3. Мелконян А.М., Улоян С.М., Вертазарян Л.Д Некоторые вопросы гигиены труда в золото-добывающих рудниках в связи с внедрением новой техники в условиях высокогорья Армении // Гигиена труда и профзаболевания. -1989. - № 5. - С. 5-7.
4. Thomas L.R. Catalytie Emissions Control for Mining Vehicks // Indian Mining and Eng. J. -1987.
- V.26. - № 9. - P. 17-18.
5. Чеботарев А.Г., Горячев Н.С., Гришина Е.В., Вардина О.С. Загрязнение воздушной среды рудников, использующих самоходную технику с дизельными двигателями, полициклическими углеводородами // Гигиена труда и профзаболевания. -1989. - № 10. - С. 34-36.
6. Гибадулина И.Ю., Лощилов Ю.А. // Сб. докл. Российск. научн. конф. с международным уча-стием «Медико-биологические аспекты мультифакторной патологии». - Курск, - 2008.
- Т. 1. - С. 115-118.
7. Гибадулина И.Ю. Влияние пылегазовой смеси на особенности формирования профессиональных заболеваний легких // Журнал «Пульмонология», приложение. - М., 2003. - С. 354, LIV. 10, 397 C.
8. Чеботарев А.Г., Гибадулина И.Ю. Профессиональные риски, патология органов дыхания горнорабочих, обслуживающих самоходные машины с дизельным приводом // Горная промышленность. - М.: - 2016- № 2. - С. 75-79.
